DE19848244A1

DE19848244A1 - Power limiter for safety belt system in motor vehicles

Info

Publication number: DE19848244A1
Application number: DE19848244A
Authority: DE
Inventors: Franz Wier
Original assignee: TRW Occupant Restraint Systems GmbH
Current assignee: TRW Occupant Restraint Systems GmbH
Priority date: 1997-10-21
Filing date: 1998-10-20
Publication date: 1999-04-29
Anticipated expiration: 2018-10-21
Also published as: DE29718663U1; US5967442A; DE19848244B4

Abstract

The device has a frame with turnable drum for a belt, a locking disc, and a locking mechanism for selective non-turnable locking of the disc. The disc is axially fastened to one axial end of the drum, and is coupled to it via at least two torsion elements, which are anchored to the opposite drum end. The torsion element are inserted into, and project from, passage apertures in the disc. One of the elements is shorter than the other one.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kraftbegrenzer in einem Sicherheits gurt-Rückhaltesystem für Fahrzeuge, mit einem Rahmen, einer in dem Rahmen drehbar gelagerten Trommel zum Aufwickeln von Gurtband, einer Sperrscheibe, die mit der Trommel gekoppelt ist, und einem Sperr mechanismus zur selektiven drehfesten Blockierung der Sperrscheibe am Rahmen.The invention relates to a force limiter in a safety device Belt restraint system for vehicles, with a frame, one in which Frame rotatably mounted drum for winding webbing, one Lock washer coupled to the drum and a lock Mechanism for selective non-rotating blocking of the locking disc on the Frame.

Mit einem Kraftbegrenzer wird angestrebt, die bei aktiviertem Sperrsystem im Gurtband maximal wirkende Kraft auf einen für den zu rückgehaltenen Fahrzeuginsassen unkritischen Wert zu begrenzen. Dazu kann z. B. ein innerhalb der Trommel angeordneter Torsionsstab verwen det werden, der einerseits drehfest mit der Trommel und andererseits drehfest mit der Sperrscheibe verbunden ist. Im Rückhaltefall kann bei Überschreiten eines durch die Dimensionierung des Torsionsstabes vor gegebenen Drehmoments die Trommel relativ zum Gurtaufroller unter Verwindung des Torsionsstabes verdreht werden, wobei Gurtband von der Trommel abgezogen und wegen der damit einhergehenden plastischen Verformung des Torsionsstabes Energie abgebaut wird, um ein weiteres Ansteigen der im Sicherheitsgurt wirkenden Kräfte zu verhindern. The aim is to use a force limiter when the Locking system in the webbing maximum force acting on one for the limit unrestricted value to restrained vehicle occupants. To can e.g. B. use a torsion bar located inside the drum det, the one hand rotatably with the drum and on the other hand is rotatably connected to the locking disk. In the event of retention, Exceed one by dimensioning the torsion bar given torque the drum relative to the belt retractor Twist of the torsion bar are twisted, with webbing from the Drum removed and because of the accompanying plastic Deformation of the torsion bar is broken down by another energy To prevent the forces acting in the seat belt from increasing.

Ein Torsionsstab mit den für einen Kraftbegrenzer benötigten, gut reproduzierbaren Verformungseigenschaften ist ein aufwendiges Bauteil.A torsion bar with the ones needed for a force limiter, good reproducible deformation properties is a complex Component.

Durch die Erfindung wird ein Kraftbegrenzer für ein Sicherheits gurt-Rückhaltesystem in Fahrzeugen geschaffen, bei dem die Sperr scheibe an einem axialen Ende der Trommel axial gehalten und mit der Trommel durch wenigstens zwei am gegenüberliegenden Ende der Trommel verankerte Torsionselemente gekoppelt ist. Durch die Verwendung meh rerer, paralleler Torsionselemente ist es leicht möglich, das Kraft niveau, bei dem die Begrenzung einsetzt, auf einen gewünschten Wert einzustellen, indem einfach eine entsprechende Anzahl von Torsions elementen verwendet wird. Jedes einzelne Torsionselement läßt sich auf einfachste Weise als Metallstab, beispielsweise Drahtabschnitt, aus bilden.The invention makes a force limiter for a safety device Belt restraint system created in vehicles where the lock disc axially held at one axial end of the drum and with the Drum by at least two at the opposite end of the drum anchored torsion elements is coupled. By using meh rerer, parallel torsion elements, it is easily possible to force level at which the limitation begins, to a desired value adjust by simply an appropriate number of torsions elements is used. Every single torsion element can be opened simplest way as a metal rod, for example wire section form.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Kraftbegrenzers besteht darin, daß durch eine einfache Weiterbildung eine Kraftbe grenzungskennlinie mit degressivem Verlauf erzielt werden kann. Eine Kraftbegrenzungskennlinie mit degressivem Verlauf, bei der also das Kraftniveau mit zunehmender freigegebener Gurtbandlänge absinkt, ergibt einen optimierten Insassenschutz in Kombination mit einer aufblasbaren Rückhalteeinrichtung (Gassack), da mit einsetzender Rückhaltewirkung der aufblasbaren Rückhalteeinrichtung niedrigere Gurtkräfte erwünscht sind, um die Gesamtbelastung durch Gurtband und aufblasbare Rückhalteeinrichtung zu optimieren. Gemäß der bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind die Torsionselemente in Durchgangs öffnungen der Sperrscheibe eingeschoben und ragen auf der von der Trommel abgewandten Seite der Sperrscheibe aus den Durchgangsöffnungen heraus; wenigstens eines der Torsionselemente weist eine kleinere axiale Länge als die anderen Torsionselemente auf. Bei der Verwindung der Torsionselemente umeinander verkürzt sich zugleich ihre axiale Länge. Mit zunehmender Verwindung wird daher die Länge der aus den Durchgangsöffnungen herausragenden Enden der Torsionselemente kleiner. Wenn ein vorbestimmter Drehwinkel zwischen Trommel und Sperrscheibe erreicht ist, wird das kürzere Torsionselement vollständig aus der zugehörigen Durchgangsöffnung der Sperrscheibe herausgezogen. Dieses Torsionselement setzt nun der weiteren Verwindung nur noch wenig Widerstand entgegen. Die Kraftbegrenzung erfolgt daher auf einem nied rigeren Kraftniveau. Durch eine Abstufung der axialen Länge mehrerer Torsionselemente kann die Kraftbegrenzungscharakteristik in einem weiten Bereich variiert werden.A particular advantage of the force limiter according to the invention is that by a simple training a Kraftbe boundary curve with a degressive curve can be achieved. A Force limiting characteristic with a degressive curve, which means that Force level decreases with increasing released webbing length, results in optimized occupant protection in combination with a inflatable restraint (gas bag), because with the onset Restraint effect of the inflatable restraint is lower Belt forces are desired to reduce the total load from webbing and webbing optimize inflatable restraint. According to the preferred Further development of the invention are the torsion elements in one pass openings of the locking disc inserted and protrude from the Side of the locking disk facing away from the drum from the through openings out; at least one of the torsion elements has a smaller one axial length than the other torsion elements. When twisting the torsion elements around each other simultaneously shorten their axial Length. With increasing torsion, the length of the Through openings protruding ends of the torsion elements smaller. If a predetermined angle of rotation between the drum and the locking disc is reached, the shorter torsion element is completely from the associated through hole of the locking disc pulled out. This Torsion element now only sets the further twisting little Resistance to. The force limit is therefore on a low rigorous strength level. By grading the axial length of several Torsion elements can be the force limiting characteristic in one wide range can be varied.

Besonders vorteilhaft ist eine weitere Ausführungsform der Erfin dung, bei der die Sperrscheibe an der Trommel in Axialrichtung ver schiebbar gehalten ist. Die axiale Verschiebung der Sperrscheibe an der Trommel erfolgt dann durch ein Stellsystem, das auf Parameter wie das Gewicht des Insassen, die Aufprallintensität oder die Gassackaus lösung anspricht. Durch die axiale Verschiebung der Sperrscheibe wird das Niveau der Kraftbegrenzung auf einfachste Weise verändert. Bei geringer Masse des Insassen oder geringer Aufprallintensität erfolgt die Kraftbegrenzung so auf einem niedrigeren Niveau, wodurch das Ver letzungsrisiko minimiert wird. Bei größerer Masse des Insassen, einer größeren Aufprallintensität oder fehlender Unterstützung der Rückhal tung durch eine aufblasbare Rückhalteeinrichtung (Gassack) muß hinge gen die Kraftbegrenzung auf einem höheren Niveau erfolgen, um eine zu große Vorverlagerung des Insassen im Fahrzeug zu verhindern.Another embodiment of the invention is particularly advantageous dung, in which the locking disk ver on the drum in the axial direction is pushed. The axial displacement of the locking disc the drum then takes place through an adjustment system that is based on parameters such as the weight of the occupant, the impact intensity or the gas bag solution appeals. Due to the axial displacement of the locking disc the level of force limitation changed in the simplest way. At low mass of the occupant or low impact intensity the force limit at a lower level, whereby the ver risk of injury is minimized. If the occupant is larger, one greater impact intensity or lack of back support tion by an inflatable restraint (gas bag) must hang force limit at a higher level to achieve a to prevent large forward displacement of the occupant in the vehicle.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsformen und aus der Zeich nung, auf die Bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigen:Further advantages and features of the invention result from the following description of several embodiments and from the drawing to which reference is made. The drawing shows:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform des Kraftbegrenzers im Zustand vor Einsatz der Kraftbegrenzung; Fig. 1 is a schematic side view of an embodiment of the force limiter in the state before use of the power limit;

Fig. 2 den Kraftbegrenzer nach erfolgter Kraftbegrenzung; Fig. 2 shows the force limiter after load limiting;

Fig. 3a, 3b und 3c verschiedene Ausführungsformen der Anordnung mehrerer stabförmiger Torsionselemente des Kraftbegrenzers; FIGS. 3a, 3b and 3c different embodiments of the arrangement of a plurality of rod-like torsion of the force limiter;

Fig. 4 ein Diagramm, das die Kraftbegrenzungscharakteristik des erfindungsgemäßen Kraftbegrenzers im Vergleich zu der eines herkömmli chen Kraftbegrenzers veranschaulicht; und Fig. 4 is a diagram illustrating the force limiting characteristic of the force limiter according to the invention compared to that of a conventional force limiter; and

Fig. 5 eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraft begrenzers. Fig. 5 shows another embodiment of the force limiter according to the invention.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform des Kraftbegrenzers ist in einem zur Befestigung am Fahrzeugaufbau bestimmten, lasttragend dimensionierten Rahmen 10 eine Trommel 12 drehbar gelagert. Bei der Trommel 12 kann es sich um die Gurtspule eines Gurtaufrollers handeln. Auch eine Ausführung als Kraftbegrenzer an einem Endbeschlag ist mög lich. Auf der Trommel 12 wird das Gurtband 14 eines Sicherheitsgurtes aufgewickelt. Die Trommel 12 besteht aus zwei axial voneinander beab standeten Flanschen 12a, 12b, einem diese verbindenden, eine Mantel fläche bildenden Hohlzylinder 12c und einer Anzahl von stabförmigen Torsionselementen 16, die parallel zueinander in Axialrichtung ange ordnet sind und wovon ein axiales Ende am Flansch 12a verankert ist, während das andere axiale Ende jeweils durch Durchgangsöffnungen im Flansch 12b ragt. Der Hohlzylinder 12c ist dabei zweiteilig ausgeführt, so daß sich die Flansche 12a und 12b gegeneinander verdrehen können. Das Gurtband 14 ist an dem mit dem in Fig. 1 linken Flansch 12a fest verbundenen Abschnitt des Hohlzylinders 12c befestigt. Eine an ihrem Außenumfang mit einer Sperrverzahnung versehene Sperrscheibe 18 ist außen an demjenigen Flansch 12b angeordnet, aus dem die Enden der Torsionselemente 16 herausragen. Die Sperrscheibe 18 ist mit Durchgangsöffnungen versehen, die mit denen des Flansches 12b fluchten. Die axiale Länge der Torsionselemente ist so bemessen, daß ihre Enden auch aus den Durchgangsöffnungen der Sperrscheibe 18 herausragen. Bei der bevorzugten Ausführungsform sind jedoch die Torsionselemente von unterschiedlicher axialer Länge.In the embodiment of the force limiter shown in FIG. 1, a drum 12 is rotatably mounted in a load-bearing frame 10 intended for attachment to the vehicle body. The drum 12 can be the belt reel of a belt retractor. A version as a force limiter on an end fitting is also possible. The webbing 14 of a seat belt is wound on the drum 12 . The drum 12 consists of two axially spaced flanges 12 a, 12 b, a connecting these, a surface forming hollow cylinder 12 c and a number of rod-shaped torsion elements 16 which are arranged parallel to each other in the axial direction and of which an axial end at Flange 12 a is anchored, while the other axial end protrudes through openings in the flange 12 b. The hollow cylinder 12 c is made in two parts, so that the flanges 12 a and 12 b can rotate against each other. The webbing 14 is attached to the portion of the hollow cylinder 12 c which is firmly connected to the left flange 12 a in FIG. 1. A provided at its outer periphery with a lock tooth lock washer 18 is disposed on the outside of the one flange 12 b, from which protrude the ends of the torsion sixteenth The locking disk 18 is provided with through openings which are aligned with those of the flange 12 b. The axial length of the torsion elements is dimensioned such that their ends also protrude from the through openings of the locking disk 18 . In the preferred embodiment, however, the torsion elements are of different axial lengths.

Am Rahmen 10 ist ferner eine Blockierklinke 20 schwenkbar gela gert. Diese Blockierklinke 20 ist ebenso wie die Sperrverzahnung am Außenumfang der Sperrscheibe 18 Bestandteil eines Sperrmechanismus zur selektiven drehfesten Blockierung der Sperrscheibe 18 am Rahmen 10.On the frame 10 , a locking pawl 20 is also pivoted gela. This locking pawl 20 , like the locking teeth on the outer circumference of the locking disk 18, is part of a locking mechanism for the selective, rotationally fixed locking of the locking disk 18 on the frame 10 .

Bei aktiviertem Sperrmechanismus ist die Blockierklinke 20 in die Sperrverzahnung der Sperrscheibe 18 eingesteuert und hält diese dreh fest am Rahmen 10. Das auf der Trommel 12 aufgewickelte Gurtband 14 kann dennoch von dieser abgezogen werden, wenn die Torsionselemente 16 bei Überschreitung eines bestimmten Drehmoments umeinander tordiert werden. Dieser Zustand ist in Fig. 2 dargestellt. Die Torsionselemente 16, bei denen es sich um einfache Metalldrahtstücke mit rundem Quer schnitt handeln kann, sind umeinander verdrillt, wobei ihre axiale Länge entsprechend reduziert ist. Man sieht in Fig. 2, daß eines der Torsionselemente, 16a, noch in dem entsprechenden Durchgangsloch der Sperrscheibe 18 gehalten ist, während ein anderes Torsionselement, 16b, das eine geringere Länge aufweist, schon aus dem entsprechenden Durchgangsloch der Sperrscheibe 18 herausgezogen ist. Dieses Torsions element 16b trägt nun nur noch wenig zu dem Widerstand bei, den die Torsionselemente einer weiteren Verdrehung der Flansche 12a, 12b gegeneinander entgegensetzen. Je nach Abstufung der Länge der ver schiedenen Torsionselemente kann so das Kraftniveau, auf dem eine Kraftbegrenzung erfolgt, in einem weiten Bereich variiert werden.When locking mechanism is activated, the blocking pawl is turned controls 20 in the locking teeth of the locking disk 18 and keeps it in a rotationally fixed to the frame 10th The webbing 14 wound on the drum 12 can nevertheless be pulled off the latter if the torsion elements 16 are twisted around one another when a certain torque is exceeded. This state is shown in Fig. 2. The torsion elements 16 , which can be simple pieces of metal wire with a round cross section, are twisted around each other, their axial length being reduced accordingly. One sees in Fig. 2, that one of the torsion bars, is 16 a held still in the corresponding through hole of the lock plate 18, while another torsion element, 16 b having a smaller length, is drawn out already from the corresponding through hole of the lock plate 18 . This torsion element 16 b now only contributes little to the resistance that the torsion elements oppose to a further rotation of the flanges 12 a, 12 b against each other. Depending on the gradation of the length of the various torsion elements, the force level at which the force is limited can be varied within a wide range.

Eine zusätzliche Beeinflussung der Kraftbegrenzungskennlinie er gibt sich durch eine axiale Verschiebbarkeit der Sperrscheibe 18 in Abhängigkeit von für einen Unfallhergang relevanten Parametern, ins besondere das Gewicht bzw. die Masse des Insassen, die Aufprallinten sität und das Vorhandensein bzw. die Aktivierung einer aufblasbaren Rückhalteeinrichtung (Gassack).An additional influence on the force limitation characteristic is given by the axially displaceability of the locking disk 18 as a function of parameters relevant to the course of an accident, in particular the weight or mass of the occupant, the impact intensity and the presence or activation of an inflatable restraint device (gas bag ).

Fig. 4 zeigt in einem Diagramm verschiedene Kraftbegrenzungskenn linien, die den Verlauf der Kraft F im Gurtband 14 über der Länge L des Gurtbandabzugs veranschaulichen. Die Kraftbegrenzungskennlinie 1 weist nach einem steilen Anstieg einen Abschnitt nahezu gleichbleiben der Kraft und daran anschließend einen Abschnitt progressiv ansteigen der Kraft auf. Dies entspricht der Kraftbegrenzungswirkung eines her kömmlichen Kraftbegrenzers, beispielsweise mit einem Torsionsstab als Torsionselement. Die Kraftbegrenzungskennlinien 2, 3, 4, 5 und 6 zei gen die mit dem erfindungsgemäßen Kraftbegrenzer möglichen Kraftbe grenzungskennlinien, die stark degressiv sein können, wie die Kurve 6 zeigt. Die Variation der Kennlinien erfolgt einerseits durch geeignete Abstufung der Längen der verschiedenen Torsionselemente und anderer seits bei Bedarf durch axiale Verschiebung der Sperrscheibe 18. Fig. 4 shows in a diagram different force limiting characteristic lines, which illustrate the course of the force F in the webbing 14 over the length L of the webbing take-off. After a steep increase, the force limiting characteristic curve 1 has a section of the force that remains almost constant and then a section of progressively increasing the force. This corresponds to the force limiting effect of a conventional force limiter, for example with a torsion bar as a torsion element. The force limiting characteristic curves 2 , 3 , 4 , 5 and 6 show the force limiting characteristic curves possible with the force limiter according to the invention, which can be very degressive, as curve 6 shows. The characteristic curves are varied on the one hand by suitable gradation of the lengths of the various torsion elements and, on the other hand, if necessary, by axially displacing the locking disk 18 .

Die Fig. 3a, 3b und 3c zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele für die Anordnung der Torsionselemente in einer Radialebene der Trom mel 12. Die Anordnung ist sowohl symmetrisch als auch unsymmetrisch möglich. FIGS. 3a, 3b and 3c show various embodiments for the arrangement of the torsion elements in a radial plane of Trom mel 12th The arrangement is possible both symmetrically and asymmetrically.

In Fig. 5 ist abschnittsweise ein Kraftbegrenzer gezeigt, bei dem die Sperrscheibe 18 an der Trommel 12 in Axialrichtung verschiebbar gehalten ist. Um auch bei axial verschobener Sperrscheibe 18 an dieser angreifen zu können, ist die Blockierklinke 20 breiter ausgeführt. Die Torsionselemente 16 weisen verschiedene Längen auf, so daß sich bei unterschiedlichen axialen Stellungen der Sperrscheibe 18 unterschied liche Kraftbegrenzungskennlinien ergeben. Zur axialen Verschiebung der Sperrscheibe 18 dient ein im Drehpunkt der Sperrscheibe 18 drehfest mit dieser verbundener Gewindebolzen 22. An dem der Sperrscheibe 18 abgewandten Ende des Gewindebolzens 22 greift der Gewindebolzen 22 in eine Gewindebohrung 24 eines Kupplungsteils 26 ein. Das Kupplungsteil 26 ist auf der Welle eines Elektromotors 28 befestigt. Indem die Welle des Elektromotors 28 gedreht wird, kann die Sperrscheibe 18 axial in den durch den Doppelpfeil in der Fig. 5 angegebenen axialen Richtungen verschoben werden.A force limiter is shown in sections in FIG. 5, in which the locking disk 18 is held on the drum 12 so as to be displaceable in the axial direction. In order to be able to act on the axially displaced locking disk 18 , the blocking pawl 20 is made wider. The torsion elements 16 have different lengths, so that there are different force limiting characteristics at different axial positions of the locking disk 18 . For the axial displacement of the locking disk 18 , a threaded bolt 22, which is connected to the locking disk 18 in a rotationally fixed manner, is used. At which the locking disc 18 facing away from the end of the threaded bolt 22, the threaded bolt 22 engages a coupling member 26 in a threaded bore 24th The coupling part 26 is fastened on the shaft of an electric motor 28 . By rotating the shaft of the electric motor 28 , the locking disk 18 can be displaced axially in the axial directions indicated by the double arrow in FIG. 5.

Der Elektromotor 28 wird dabei von einer Steuereinheit 30 ge steuert, die bei der Auswahl der axialen Stellung der Steuerscheibe 18 und damit bei der Auswahl der Kraftbegrenzungskennlinie, das Gewicht des Insassen, die Aufprallintensität und die Gassackauslösung berück sichtigt. Diese Parameter werden durch Sensoren 32 und 34 erfaßt, die mit der Steuereinheit 30 verbunden sind.The electric motor 28 is controlled by a control unit 30 , which takes into account the selection of the axial position of the control disk 18 and thus the selection of the force limiting characteristic, the weight of the occupant, the impact intensity and the gas bag deployment. These parameters are detected by sensors 32 and 34 , which are connected to the control unit 30 .

Claims

1. force limiter in a seat belt restraint system for vehicles, with a frame ( 10 ), a rotatably mounted in the frame ( 10 ) drum ( 12 ) for winding webbing ( 14 ), a locking disc ( 18 ) with the drum ( 12 ) is coupled, and a locking mechanism ( 20 ) for the selective rotationally fixed blocking of the locking disk ( 18 ) on the frame ( 10 ), characterized in that the locking disk ( 18 ) held axially at one axial end of the drum ( 12 ) the drum ( 12 ) is coupled by at least two torsion elements ( 16 ) anchored to the opposite end of the drum ( 12 ).

2. Force limiter according to claim 1, characterized in that the torsion elements ( 16 ) are inserted into through-openings of the locking disk ( 18 ) and at least two of the torsion elements ( 16 ) on the side of the locking disk ( 18 ) facing away from the drum ( 12 ) Protrude through openings.

3. Force limiter according to claim 2, characterized in that at least one of the torsion elements ( 16 b) has a smaller axial length than the other torsion elements ( 16 a).

4. Force limiter according to claim 3, characterized in that the torsion elements ( 16 ) have different axial lengths from each other.

5. Force limiter according to one of the preceding claims, characterized in that the torsion elements ( 16 ) are rod-shaped.

6. Force limiter according to claim 5, characterized in that the torsion elements ( 16 ) have a round cross-sectional shape.

7. Force limiter according to one of claims 3 to 6, characterized in that the locking disc ( 18 ) on the drum ( 12 ) is held displaceably in the axial direction.

8. Force limiter according to claim 7, characterized in that the axial displacement of the locking disk ( 18 ) on the drum ( 12 ) is carried out by an actuating system ( 28 , 30 , 32 , 34 ) which responds to at least one of the following parameters:

- weight of the occupant,
- impact intensity,
- Airbag release.